(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉に脱燐処理を実施した溶銑を装入した後、マイクロ波レベル測定装置を用いて、全チャージに対し８０％以上の割合で転炉内の浴面レベルを測定し、当該測定データを当該チャージの設定ランス高さに反映させ、３．０〜７．０Nm3／（分・トン）の送酸速度で、かつ３．３以上の装入塩基度で吹錬する転炉吹錬方法であって、
転炉への溶銑装入後から転炉正立となるまでにマイクロ波レベル測定装置の設置を完了し、転炉静止後、浴面レベルの測定が可能となるタイミングから５秒以上、１５秒以下までの間の浴面レベルデータの平均値を当該チャージの浴面レベルとすることを特徴とする転炉吹錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上吹きランスから酸素ガスを溶銑に吹き付けて脱燐、脱炭する転炉吹錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転炉製鋼プロセスにおける生産性を向上するには、送酸速度を速くして吹錬に要する時間を短縮することが重要である。
【０００３】
しかしながら、送酸速度を速くするとスロッピングやスピッティングが発生して歩留りの低下を招くだけでなく、炉口、フード、ジャケットに地金やスラグが付着して操業が阻害される等の問題を生じる。なお、スロッピングとは、フォーミングしたスラグが炉口から横溢する現象をいう。また、スピッティングとは、上吹きジェットにより溶銑や溶鋼が飛散する現象をいう。
【０００４】
転炉を用いて溶銑を吹錬する場合、転炉内の浴面レベルは、転炉に装入する溶銑やスクラップの全装入量によって決定される。この浴面レベルは、サブランス等に取り付けた浴面レベル測定用プローブを使用して測定する方法が一般的である。しかしながら、溶銑やスクラップを装入した直後は、転炉内の浴面が波立っているので、浴面レベル測定用プローブを使用して測定する方法では正確な浴面レベルを測定することができない。
【０００５】
そこで、より正確に浴面レベルを測定するために、粉塵やフレーム等の存在する環境下でも直進して伝播するマイクロ波を用いたレベル計を使用する方法がある（例えば特許文献１）。
【０００６】
特許文献１に記載された発明は、転炉内に溶銑とスクラップ或いは合金を装入した後、転炉上部フードのサブランス孔に設置された固定或いは移動型のマイクロ波送受信アンテナより炉内へ向けてマイクロ波を送信し、受信した信号から浴面レベルを測定するものである。そして、前記浴面レベルの測定を所定時間内に所定回数繰り返し、出力されたレベル測定値の度数分布に基づいて浴面レベルを算出するとともに、浮遊物の影響を排除する。
【０００７】
特許文献１には、浴面レベルの測定に要する時間についての明確な記載はないが、測定に要する時間が短すぎる場合は、転炉内に装入した溶銑による浴面の波立ちにより正確な浴面レベルの測定が難しいので、目的とするランスと浴面間の距離で操業しているかどうかが疑わしい。
【０００８】
逆に、浴面レベルの測定に要する時間が長すぎる場合は、浴面レベルの把握に要する時間が長くなるので、生産性が低下する。このため、毎チャージごとの測定が行えずに、数十チャージに一度の測定となってしまうので、常時正確な浴面レベルを測定することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−５２４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする問題点は、マイクロ波を用いたレベル計を用いて転炉吹錬時における浴面レベルを測定する場合、浴面レベルの測定に要する時間が短すぎると、転炉内に装入した溶銑による浴面の波立ちにより正確な浴面レベルの測定が難しいという点である。反対に、長すぎる場合は、浴面レベルの把握に要する時間が長くなるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
転炉内で発生するスピッティングやスロッピングは、いずれも溶銑浴面に衝突する酸素ジェットの強さを支配するランスと浴面間との距離の制御が重要であり、正確な浴面レベルの測定が必要となる。
【００１２】
発明者らは、種々の条件で操業を行った結果、生産性を向上するために送酸速度を３．０〜７．０Nm3／（分・トン）と速くした場合は、ランスと浴面間の距離が適切でないと、スピッティングおよびスロッピングの発生頻度が劇的に増加することを知見した。また、転炉に装入する溶銑の塩基度が３．３以上の場合には、前回以前までの測定値に装入量による補正を単純に加えた値と、実際の測定値との間に発生する誤差が大きくなることを知見した。
【００１３】
本発明の転炉吹錬方法は、上記の転炉吹錬に際して見られる課題に鑑みてなされたものであり、
生産性を向上するために送酸速度を３．０〜７．０Nm3／（分・トン）と速くし、転炉に装入する溶銑の塩基度が３．３以上の場合であっても、安定して正確な浴面レベルを測定するために、
転炉に脱燐処理を実施した溶銑を装入した後、マイクロ波レベル測定装置を用いて、全チャージに対し８０％以上の割合で転炉炉内の浴面レベルを測定し、当該測定データを当該チャージの設定ランス高さに反映させ、３．０〜７．０Nm3／（分・トン）の送酸速度で、かつ３．３以上の装入塩基度で吹錬する転炉吹錬方法であって、
転炉への溶銑装入後から転炉正立となるまでにマイクロ波レベル測定装置の設置を完了し、転炉静止後、浴面レベルの測定が可能となるタイミングから５秒以上、１５秒以下までの間の浴面レベルデータの平均値を当該チャージの浴面レベルとすることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、マイクロ波による浴面レベル測定において、３．０〜７．０Nm3／（分・トン）の送酸速度条件で、転炉に装入する溶銑の塩基度が３．３以上の場合であっても、安定して正確な浴面レベルを測定できるので、スピッティングやスロッピングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロ波を用いて転炉吹錬時における浴面レベルを測定する場合の実施状況を示した概要図である。
【図２】１００チャージ当たりのマイクロ波レベル測定装置による浴面レベル測定頻度とスピッティング量指標およびスロッピング指標の関係を示した図である。
【図３】溶銑とスクラップの全装入量が２９０トン〜３３０トンの場合における、前回以前のマイクロ波レベル測定装置による測定値をベースとした推定値と実際のマイクロ波レベル測定装置による測定値の関係を示した図である。
【図４】転炉に装入する溶銑の塩基度と浴面レベル変動量の関係を示した図である。
【図５】浴面レベル算出の所要時間と、スピッティング量指標およびスロッピング指標の関係を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、送酸速度を３．０〜７．０Nm3／（分・トン）と速くし、転炉に装入する溶銑の塩基度が３．３以上の場合であっても、スピッティングやスロッピングの発生を抑制するという目的を、マイクロ波レベル測定装置により全チャージの８０％以上の割合で測定した浴面レベルの測定データを当該チャージの設定ランス高さに反映させることで実現した。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明について説明する。
発明者らは、マイクロ波を用いて転炉吹錬時における浴面レベルを測定する場合、浴面レベルの測定に要する時間が短すぎると、転炉内に装入した溶銑による浴面の波立ちにより正確な浴面レベルの測定が難しい反面、長すぎる場合は、浴面レベルの把握に要する時間が長くなるという課題を解決するために、種々の検討を行った。
【００１８】
図１はマイクロ波を用いて転炉吹錬時における浴面レベルを測定する場合の実施状況を示した概要図である。
【００１９】
１は転炉であり、その上部にスライドまたは開閉する蓋（図示省略）が設置されたサブランス孔２が設けられている。３は、例えば前記サブランス孔２の上方に設置された移動式のマイクロ波レベル測定装置であり、導波管４を介して送信アンテナ及び受信アンテナ５に接続されている。そして、前記サブランス孔２より転炉内の浴面レベルの計測を行う。なお、図１中の６は排ガスフード、７はランスである。
【００２０】
前記マイクロ波レベル測定装置はサブランス孔の上方に設置するのではなく、測定専用孔の上方に設置しても良い。また、前記マイクロ波レベル測定装置は移動式ではなく固定式でも良い。但し、スクラップおよび溶銑の装入が完了し、サブランス孔から浴面が確認できる転炉正立静止状態に至るまでに測定準備が完了していないと時間ロスとなり生産性を阻害するため、転炉が垂直となるまでに測定準備を完了していることが望ましい。なお、転炉正立状態とは、鉛直に対して転炉傾動角が−１０°〜＋１０°の範囲となっている状態を指す。
【００２１】
発明者らは、先ず、マイクロ波レベル測定装置による浴面レベルの測定頻度に着目し、スピッティング及びスロッピングの影響について調査した。
【００２２】
脱燐処理を実施した溶銑を用い、送酸速度を３．９Nm3／（分・トン）、 酸素ジェットによる溶銑のへこみ深さＬと溶銑深さＬ0の比（Ｌ／Ｌ0）を０．１４に設定し、１００チャージ当たりのマイクロ波レベル測定装置による浴面レベルの測定頻度を種々変更し、測定頻度が２％の時を１とした場合の転炉上部で採取されるスピッティング量指標（SpI）と発生したスロッピング指標（SLI）について調査した。
【００２３】
溶銑のへこみ深さＬの算出式は種々あるが、本発明では下記数式１を用いて算出した。
【００２４】
【数１】
0005267892.tif 000002
【００２５】
図２は１００チャージ当たりのマイクロ波レベル測定装置による浴面レベルの測定頻度と、スピッティング量指標（■印）およびスロッピング指標（○印）の関係を示した図である。
【００２６】
図２より、マイクロ波レベル測定装置による浴面レベルの測定頻度の増加に伴い、スピッティング量指標およびスロッピング指標は低下する傾向を示していることが分かる。
【００２７】
プローブあるいはマイクロ波レベル測定装置を用いて浴面レベルを測定した場合、浴面レベルの測定頻度が２０％に満たない従来法ではスロッピング指標、スピッティング量指標ともに高位である（図２参照）。
【００２８】
これに対し、本発明では、後述する精度の高いレベル測定が可能な測定所要時間を規定し、高精度かつ測定時間延長に伴う生産阻害を抑制することが可能となるため、８０％以上の測定頻度で浴面レベルを測定することができ、スピッティングおよびスロッピングを半減することができる。なお、マイクロ波レベル測定装置による測定時はレベル検知から１０秒までの平均実測値、非測定時は前回測定結果に対して装入量を補正した数値をランス高さに反映している。
【００２９】
図３は溶銑とスクラップの全装入量が２９０トン〜３３０トンの場合における、前回以前のマイクロ波レベル測定装置による測定値を基礎とした推定値と、実際のマイクロ波レベル測定装置による測定値の関係を示した図である。
【００３０】
図３より、前回以前のマイクロ波レベル測定装置による測定値を基礎とした推定値と、実際のマイクロ波レベル測定装置による測定値は大きく乖離しており、実際に測定しなかった場合、目的としたランスと浴面間の距離に設定できないことが分かる。
【００３１】
この原因は以下の通りである。
転炉における浴面レベルは装入量に応じて変化する他に、溶銑浴部の体積は煉瓦形状や煉瓦残厚、あるいは炉底部へのスラグ付着状況等によっても左右されるため、これらの因子によって変動する。
【００３２】
このため、前回以前までのマイクロ波レベル測定装置による測定値に装入量による補正を単純に加えた値と、実際のマイクロ波レベル測定装置による測定値には誤差が生じるのである。煉瓦形状や煉瓦残厚はチャージ単位で変動することは考えにくいので、チャージ単位での上記誤差の原因は炉底部へのスラグ付着である。
【００３３】
図４は転炉に装入する溶銑の塩基度と浴面レベル変動量の関係を示した図である。この図４より、転炉に装入する溶銑の塩基度が３．３を超えると、装入する溶銑の塩基度の増加に伴い、炉底へのスラグ付着量が増大し、マイクロ波レベル測定装置による測定値との誤差が大きくなることが分かる。
【００３４】
上記図１〜図４に示した結果は、送酸速度が３．９Nm3／（分・トン）の場合だけでなく、送酸速度を３．０〜７．０Nm3／（分・トン）とした場合も、同様の結果が得られた。
【００３５】
本発明の転炉吹錬方法は、発明者らの上記の知見に基づいて成されたものであり、
転炉に脱燐処理を実施した溶銑を装入した後、マイクロ波レベル測定装置を用いて、全チャージに対し８０％以上の割合で転炉内の浴面レベルを測定し、当該測定データを当該チャージの設定ランス高さに反映させ、３．０〜７．０Nm3／（分・トン）の送酸速度で、かつ３．３以上の装入塩基度で吹錬することを特徴とするものである。
【００３６】
発明者らは、上記本発明において、浴面レベルの測定をより正確に行うために必要な所要時間について、さらに調査を行った。
【００３７】
スクラップおよび脱燐処理実施後、転炉への溶銑の装入が完了し、測定孔から浴面レベルを検知することが可能な、転炉が正立となるまでにマイクロ波レベル測定装置の設置および測定準備を完了させた。そして、送酸速度を３．９Nm3／（分・トン）、酸素ジェットによる溶銑のへこみ深さＬと溶銑深さＬ0の比（Ｌ／Ｌ0）を０．１４に設定し、装入量が２９０〜３３０トンの場合において、浴面レベルの検知が可能となった時間からの所要時間を種々変更した。
【００３８】
この間の測定浴面レベルの平均値を各チャージにおける代表測定浴面レベルとしてランス高さに反映した上で、同条件で３０チャージ実施当たりの平均スピッティング量指標およびスロッピング指標を確認した。
【００３９】
ここで示す浴面レベルの検知が可能となる時間は、使用する機器仕様、設置環境等により種々異なるが、いずれの機器、環境においても発信したマイクロ波強度に対する受信マイクロ波強度の比が３％を超えたタイミングと定義する。
【００４０】
図５は、浴面レベルの測定に要する時間と、スピッティング量指標（■印）およびスロッピング指標（○印）の関係を示した図である。なお、スピッティング量指標およびスロッピング指標は、それぞれ浴面レベルの測定に要する時間が１秒の場合を１として、平均スピッティング量指標およびスロッピング指標を示している。
【００４１】
図５より、スピッティング量指標、スロッピング指標ともに、浴面レベルの測定に要する時間の増加とともに低下する傾向があるが、５〜１５秒の間を極小として、これ以降再び上昇する傾向を示していることが分かる。
【００４２】
上記結果の理由を明らかにするため、転炉静止後から所定時間における浴面状態の変化および浴面レベルの変化を調査した結果、以下のことが確認された。
【００４３】
先ず、浴面レベルの測定が可能となった直後の浴面はまだ波立っている状態である。従って、浴面レベルの測定に要する時間が０〜５秒の場合は、前記波立ちによる浴面レベル変化による影響が考慮できておらず、場合によっては高すぎる浴面レベル、或いは低すぎる浴面レベルを指示している可能性がある。
【００４４】
一方、転炉装入後の溶銑、特に炭素含有量の多い溶銑は、時間の経過とともに浴面が大気と接触することで炭素が燃焼してフレームおよびダストが発生しており、正確な浴面レベルを測定することができなくなっている可能性がある。
【００４５】
従来法では、浴面レベルの測定に要する時間が５秒未満、あるいは１５秒を超える場合が存在しており、スロッピングやスピッティングの増大を招いているが、前記時間を浴面レベルの測定が可能である５秒以上で、正確な浴面レベルの測定が可能な１５秒以下とすることで、スロッピングやスピッティングをいずれも低位に抑制することが可能となる。
【００４６】
このことから、上記本発明の転炉吹錬方法は、
転炉への溶銑装入後から転炉正立となるまでにマイクロ波レベル測定装置の設置を完了し、転炉静止後、浴面レベルの測定が可能となるタイミングから５秒以上、１５秒以下までの間の浴面レベルデータの平均値を当該チャージの浴面レベルとすることが望ましい。
【００４７】
上記本発明方法の効果を確認するために行った実施結果を以下に説明する。
装入量が２９０〜３３０トンの上底吹き転炉において、本発明の溶銑の吹錬方法を実施し、スピッティング量およびスロッピング頻度の調査を実施した。
【００４８】
吹錬は全て脱燐処理を実施した溶銑を用いて実施し、送酸速度は３．９Nm3／（分・トン）、底吹ガスはCO2 ガスを０．１２Nm3／（分・トン）とし、使用したランスは全て同一で、酸素ジェットによる溶銑のへこみ深さＬと溶鉄深さＬ0の比（Ｌ／Ｌ0）は０．１４で一定に設定した。また、終点の溶鋼中の炭素濃度は約０．０５質量％で一定としている。へこみ深さＬは前記数式１を用いて算出した。
【００４９】
下記表１に発明例・参考例および比較例の操業時のスピッティング量およびスロッピング頻度の結果を示す。表１に示す値は、それぞれ同一条件で５０チャージずつ操業した際の平均値あるいは５０チャージに対する割合であり、スピッティング量およびスロッピング頻度はそれぞれ比較例１をベースとした指標である。
【００５０】
【表１】
0005267892.tif 000003
【００５１】
まず、比較例１〜３と参考例１，２及び発明例１をそれぞれ対比して述べる。比較例は、参考例或いは発明例における浴面レベル測定からの経過時間を同一とした条件で、マイクロ波レベル測定装置による測定比率を２％としたものである。
【００５２】
比較例の場合、マイクロ波レベル測定装置による測定比率自体が低くなっており、正確なランスと浴面間の距離で吹錬ができていないため、スピッティング、スロッピングともに多くなっている。
【００５３】
これに対し、参考例及び発明例ではマイクロ波レベル測定装置による測定比率が８０％以上であり、設定したランスと浴面間の距離が正確に得られているため、スピッティング、スロッピングが低減されている。
【００５４】
また、参考例、発明例の中でも、発明例１と参考例１、２を比較すると、より正確な浴面レベル検知が可能である浴面レベル測定からの経過時間が５〜１５秒の範囲である発明例１が最もスロッピング、スピッティングが低減されており、参考例１、２では発明例１ほどの効果が得られていない。
【００５５】
これは、上述したように、浴面レベルの測定可能直後の浴面はまだ波立っている状態であり、この波立ちによる浴面レベル変化による影響が考慮できていないこと、および転炉に装入した後の溶銑は時間の経過とともに浴面が大気と接触することで炭素が燃焼しフレームおよびダストが発生しているため、正確な浴面レベルの測定ができなくなっていることに起因する。
【００５６】
以上の結果より、本発明の転炉吹錬方法により、送酸速度３．３〜７．０Nm3／（分・トン）の操業範囲でのスピッティング、スロッピングを低減することが可能となる。
【００５７】
本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
１    転炉
２    サブランス孔
３    マイクロ波レベル測定装置
【図１】
0005267892.tif 000004
【図２】
0005267892.tif 000005
【図３】
0005267892.tif 000006
【図４】
0005267892.tif 000007
【図５】
0005267892.tif 000008